CN103403352B

CN103403352B - 泵装置

Info

Publication number: CN103403352B
Application number: CN201280010994.4A
Authority: CN
Inventors: 野野村勇治; 丝山龙二; 大坂常男
Original assignee: Ulvac Kiko Inc
Current assignee: Ulvac Kiko Inc
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: JPWO2012120859A1; CN103403352A; DE112012001143B4; KR101434127B1; KR20130118369A; JP5560368B2; TW201250123A; WO2012120859A1; DE112012001143T5; US20130336825A1; TWI532916B

Abstract

本发明提供一种能够使隔膜的性能保持稳定的泵装置。上述泵装置具有一端连接在隔膜上且另一端连接在驱动机构上的驱动部件，驱动机构侧的一端反复沿着第1轴方向进行往复运动和沿着第2轴方向进行摆动。于是，会产生如下问题：由于隔膜侧的一端沿着第1轴方向与所述驱动机构联动而进行往复运动，因而使隔膜在其易延伸方向上，例如在进行摆动的第2轴方向上容易劣化，断裂。因此，通过将具有沿第2轴方向延伸的纤维的基布埋设在隔膜中，能够提高隔膜在第2轴方向上的强度及其耐久性。另外，通过设置表示第2轴方向的指示部，能够辨别埋设在隔膜内的基布纤维的延伸方向。即使在组装泵装置时，也能很容易地沿着所期望的方向将上述隔膜设置在泵主体上。

Description

泵装置

技术领域

本发明涉及一种例如作为升压风机或者升压泵使用的泵装置。

背景技术

在现有技术中，人们公知有一种使燃料气体和氧气等上升到所期望的压力，被称为升压风机或者升压泵的泵装置。罗茨泵和隔膜泵等作为这种泵装置来使用，例如在下述专利文献1中记载有一种作为利用燃料电池系统中的燃料气体的升压泵来使用的隔膜泵。

隔膜的材料一般使用橡胶等弹性材料。因此，隔膜容易产生弹性变形，而使其所在装置的特性发生变化。于是在专利文献2中记载有这样一种技术：为使隔膜的特性保持稳定而在隔膜内设置基布。

【专利文献1】日本发明专利公开公报特开第2009-47084号

【专利文献2】日本发明专利公开公报特开平10-132077号

在通过加压而使隔膜被夹紧时，隔膜的外周部受到压力会产生弹性变形，在专利文献2中，为了防止隔膜的外周部在此时被过度咬合而在隔膜内设置基布。但是，在隔膜泵中，隔膜作如下往复运动。即，隔膜的周缘保持在泵主体上，另外，其一部分连接在驱动部件上，该驱动部件因驱动机构的驱动而运动，因而使隔膜在伴随着自身的尺寸伸缩的同时进行一定的往复运动，从而使泵室的容积发生变化。因而，当隔膜泵长时间运转时，可能会产生如下问题：隔膜易延伸的特定部位产生劣化、疲劳、局部断裂。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供一种能够使隔膜的性能保持稳定的泵装置。

为了达成上述目的，本发明的一个实施方式所涉及的泵装置具有主体、隔膜、驱动部。

上述主体形成用于吸入流体且排出流体的泵室。

上述隔膜具有基材、基布、指示部。上述基材由弹性材料形成，该弹性材料具有：第1表面，其在第1轴方向上与上述泵室相对；第2表面，其位于上述第1表面的相反一侧；周缘区域，其被保持在上述主体上。上述基布至少具有第1纤维，该第1纤维设置在上述基材内，沿着与上述第1轴方向垂直的第2轴方向延伸。上述指示部设置在上述基材上，指示上述第2轴方向。

上述驱动部具有驱动机构和驱动部件，其中，该驱动部件具有：第1端部，其连接在上述第2表面上；第2端部，其连接与上述驱动机构相连接，上述驱动机构使上述驱动部件在沿着上述第2轴方向摆动的同时沿着上述第1轴方向往复移动。

附图说明

图1为表示本发明的一个实施方式的泵装置的结构的剖视图。

图2为表示隔膜的主要部分结构的图，其中，（A）为剖视图，（B）为俯视图。

图3为用于说明本发明的实施方式的隔膜泵的作用的局部剖视图。

图4为用于说明分别对应于图3中（A）、（B）的隔膜状态的局部剖面图。

图5为表示平纹布一个例子的说明图。

图6为表示在本发明的其他实施方式中所使用的指示部的形状的隔膜的俯视图。

具体实施方式

本发明的一个实施方式所涉及的泵装置具有主体、隔膜、驱动部。

上述主体形成用于吸入流体且排出流体的泵室。

上述驱动部具有驱动机构和驱动部件，其中，该驱动部件具有：第1端部，其与上述第2表面连接；第2端部，其与上述驱动机构相连接，上述驱动机构使上述驱动部件在沿着上述第2轴方向摆动的同时沿着上述第1轴方向往复移动。

在上述泵装置中，隔膜具有由弹性材料形成的基材，在该基材中埋设有基布（增强布）。隔膜在其周缘区域支承在主体上的状态下，通过其所连接的驱动部件的驱动而进行往复运动。在该运动的作用下，隔膜使泵室的容积发生周期性的变化，使流体吸入到泵室和流体从泵室排出的动作交互进行。

驱动部件的一端连接在隔膜上，另一端连接在驱动机构上。驱动机构例如为作为动力源的马达和与该马达的驱动轴偏心的轴。驱动部件的驱动机构侧的一端在驱动机构的作用下反复沿着第1轴方向进行往复运动和沿着第2轴方向进行摆动。隔膜侧的一端与此联动，沿着第1轴方向进行往复运动。因此导致隔膜会产生如下问题：隔膜在其易延伸的方向上，例如在其进行摆动的第2轴方向上容易劣化、断裂。

通过在隔膜内设置具有沿第2轴方向延伸的纤维的基布，能够提高隔膜在第2轴方向上的强度，并且提高其耐久性。另外，通过在隔膜内设置能控制隔膜在第2轴方向上的延伸的基布，不仅能够使隔膜保持稳定，还能够使泵室的容积变动保持稳定，从而使泵的性能保持稳定。

另外，通过设置表示第2轴方向的指示部，能够辨别设置在隔膜内的基布纤维的延伸方向。即使在组装泵装置时，也能很容易地沿着所期望的方向将上述隔膜设置在泵主体上。

上述驱动部件还可以具有固定用部件，该固定用部件具有：支承面，其与上述第1表面相对；轴部，其在上述支承面上形成且贯穿上述基材，连接在上述第1端部上。另外，上述指示部可以在上述轴部贯穿的开口部上形成。

上述指示部可以形成上述开口部的一部分且为与上述第2轴方向垂直或者平行的直线部。

上述指示部可以为沿着与上述第2轴方向垂直或者平行的方向连接在上述开口部上的切口部。

由于隔膜的指示部在上述开口部上形成，因而在将隔膜设置在泵主体上时，能够边确认所期望的方向边进行操作。另外，易于形成指示部。

下面参照附图说明本发明的实施方式。

图1为表示本发明的一个实施方式所涉及的泵装置3的结构的剖视图。在本实施方式中，泵装置3由隔膜泵构成。并且，在图1中，Z轴（第1轴）表示竖直方向（重力方向），X轴（第2轴）和Y轴表示水平方向。

主体10具有壳体11、泵头12、泵头盖13。

泵头12具有吸入口101和排出口102，配置在环状的台座110的上表面。台座110安装在壳体11上部的开口端部上，与泵头12一起夹持隔膜20的周缘。在泵头12与隔膜20之间形成泵室100。

泵头12具有：吸入通路T1，其连接在吸入口101和泵室100之间；排出通路T2，其连接在泵室100和排出口102之间。泵室100分别通过吸入通路T1和排出通路T2连通吸入口101和排出口102。在吸入通路T1和排出通路T2上分别安装有吸入阀103和排出阀104。

泵头盖13安装在泵头12的上部。吸入通路T1和排出通路T2分别由泵头12和泵头盖13组装在一起后而形成。壳体11、泵头12和泵头盖13通过多个螺栓部件B固定为一个整体。

壳体11中形成有用于将连接杆32、轴承33及偏心凸轮34收装在主体10的内部的动作空间105。

图2中（A）为表示隔膜20的主要部分的剖视图。并且，在图2中也示有表示竖直方向的Z轴和表示水平方向的X轴和Y轴。隔膜20具有：基材200，其由具有上表面201和下表面203的弹性材料形成；增强布（增强体）202，其设置在基材200内部。上表面201和下表面203的周缘部被夹持在台座110和泵头12之间。并且，在图2中（A）中，省略了对台座110和泵头12的图示。

上表面201和下表面203分别由合成橡胶形成，例如可以使用丁腈橡胶（NBR）、氢化丁腈橡胶（HNBR）、氟橡胶（FKM）等、对甲烷和丙烷等烃类气体具有耐受性的橡胶。增强布202例如由尼龙（聚酰胺）等合成纤维组成。另外，增强布202与上表面201及下表面203通过硫化粘结等方式形成为一体。

图2中（B）为表示隔膜20的主要部分的俯视图。并且，为了方便说明，在图2中（B）中，除去了基材200的一部分，而将增强布202露出。增强布202具有与X轴平行的纤维群F1。还有，如图所示，增强布202可以具有与纤维群F1交叉的纤维群F2。

另外，增强布202虽然在隔膜20的整个表面上形成，但是并不局限于此。增强布202的形状并不局限于圆形，例如可以为相对于穿过隔膜20中心的X轴对称的形状。纤维群F1的长度也并没有特别限定，只要能够使纤维群F1的X轴方向上的强度得到充分提高的长度即可。

隔膜20具有用于指示X轴方向的指示部M。较为典型的是，指示部M为能够由视觉、触觉等人的五感来辨别的方式，但是除此之外，指示部M也可以为能够利用电气、光学等手段来辨别X轴方向的方式。另外，指示部M所设置的部位并没有特别限制，只要是在将隔膜20设置在主体10上时，能够被操作者所辨别即可。在本实施方式的图2中（B）中，指示部M为具有垂直于X轴方向的直线延伸部L且呈“D”型形状的开口部204。即，在本实施方式中，与直线延伸部L垂直的方向被操作者识别为隔膜20的X轴方向。并且，这并不局限于此例子，直线延伸部L也可以与X轴方向平行。

驱动部30具有固定用部件31、连接杆32、轴承33、偏心凸轮34、驱动源35。

连接杆32具有与隔膜20的下表面203接触的第1支承面，固定在下表面203的中央部。另外，固定用部件31具有与上表面201接触的第2支承面和嵌合在隔膜20的开口部204中的凸部310。俯视时，凸部310可以呈对应于开口部204形状。固定用部件31和连接杆32组装在一起，以从上下夹持隔膜20，例如固定用部件31和连接杆32可以通过螺栓320形成为一个整体。从而使固定用部件31和连接杆32构成用于上下驱动隔膜20的驱动部件300。并且，固定用部件31可以不具有凸部310，此时，可以使螺栓320嵌合在开口部204中。

驱动源35由具有沿着Y轴方向延伸的转轴350的马达等组成。转轴350的顶端部安装在偏心凸轮34的转动中心上。连接杆32的位于与第1支承面相反一侧的端部通过轴承33连接在偏心凸轮34的周面上。偏心凸轮34的转动中心与轴承33的内圈偏心，偏心凸轮34的偏心量为隔膜20的往复移动量（行程量）。

图3为表示从Y轴方向来看的隔膜泵3的局部剖视图，且表示驱动部30的代表性动作。另外，此时的纸面中的泵头12的细节与实际泵头有所不同，但是，为了方便理解，泵头12的结构与图1所示相同。

当驱动源35驱动转轴350转动时，驱动部件300的连接偏心凸轮34的一端随着其沿着X轴方向的摆动而沿着Z方向往复运动。同时，驱动部件300的连接隔膜20的一端沿着Z轴方向往复运动而带动隔膜20也沿着Z轴方向往复运动。

图3中（A）表示转轴350和偏心凸轮34沿着Z轴方向排成一列，泵室100的容积变为最小的例子（排气工序）。图3中（B）表示转轴350和偏心凸轮34沿着X轴方向排成一列，驱动部件300倾斜的同时沿着Z轴方向下降的例子（吸气工序）。隔膜20与驱动部件300联动也沿着Z轴方向下降，从而使泵室100的容积大于图3中（A）所示泵室100的容积。这样，通过隔膜20沿着Z轴方向移动而使泵室100的容积发生变化。另外，如图3中（B）所示，当泵室100的容积变大时，吸入阀103打开的同时排出阀104关闭，从而实现气体的吸入。还有，如图3中（A）所示，当泵室100的容积变小时，吸入阀103关闭的同时排出阀104打开，从而实现气体的压缩传送。

隔膜20伴随着上述往复运动在易延伸部位出现疲劳或者劣化。图4中（A）、（B）示意性地表示分别对应于图3中（A）、（B）的状态的隔膜20的形状。在图4中，将隔膜20分为X1～X5的5个区域来对其进行说明。并且，X1、X5分别为保持在主体10上的区域，X2、X4为伴随着弹性变形的区域，X3为被驱动部件300的一端保持的区域。区域X1与X5属于隔膜20上的同一环状区域，区域X2与X4也属于隔膜20上的同一环状区域。

在图4中（A）中，X3相对于X1、X5沿着Z轴方向上升，X2、X4延伸。在图4中（B）中，X3相对于X1、X5沿着Z轴方向下降，X2、X4延伸（伸长），在X2和X3之间产生畸变。如图3中（B）所示，这是由于通过使驱动部件300倾斜而施加应力所引起的。如上所述，隔膜20因图3所示运动而容易沿着X轴方向延伸。因此，通过在隔膜20内设置具有沿着X轴方向延伸的纤维群F1的增强布202，从而能够提高隔膜20的强度及其耐久性。另外，通过控制隔膜20的延伸，能够使隔膜的性能保持稳定，进一步使泵室100的容积变动保持稳定，因而能够使泵的性能保持稳定。

与X1平行的纤维群F1延伸所在的布料的织法例如为图5所示的平织。平织由平行排列的一组纤维群F1和位于与该纤维群F1垂直方向上的纤维群F2交替组合而成。使用这样的平织增强布202，能够提高增强布202的X轴方向上的强度，并提高其耐久性。另外，对各纤维间的距离，即纹理的疏密并没有特别限定，只要有足够强度即可。

另外，较为典型的是，隔膜呈圆盘形状，所以在将隔膜20设置在主体10上时，可能无法辨别埋设在隔膜20中的增强布202的纤维的延伸方向。因此，通过使用具有用于表示X轴方向的指示部M的隔膜20，能够对埋设在隔膜20中的增强布202的纤维的延伸方向进行辨别，容易以所期望的朝向将隔膜20设置在主体10上。例如，指示部M具有本实施方式所说明的直线部L，在将具有该指示M的隔膜20设置在主体10上时，只要将直线部L与转轴350的延伸方向（图1中的Y轴方向）平行设置即可。还有，在增强布202具有与纤维群F1垂直的纤维群F2的情况下，可以将直线部L与转轴350的延伸方向平行设置，也可以将直线部L与转轴350的延伸方向垂直设置。

虽然上面对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不局限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够增加各种变形。

例如，在上述实施方式中，指示M为具有垂直于X轴方向的直线部L且呈“D”型形状的开口部204，但是，例如如图6所示，形成有与X轴方向平行的切口部R的开口部204也可以作为指示M。切口部R只要能够表示X轴方向即可，对其形状并没有特别限定，例如可以与X轴方向垂直连接。另外，对切口部R所形成的部位并没有特别限定，只要在开口部204内即可。

另外，本发明的实施方式的泵装置所使用的流体并不局限于气体，也可以为液体。

【附图标记说明】

3：泵装置；10：主体；20：隔膜；30：驱动部；100：泵室；101：吸入口；102：排出口。

Claims

1.一种泵装置，具有主体、隔膜、驱动部，其特征在于，

所述主体形成有用于吸入流体与排出流体的泵室，

所述隔膜具有基材、基布、指示部，其中，

所述基材由弹性材料形成，该弹性材料具有：第1表面，其在第1轴方向上与所述泵室相对；第2表面，其位于所述第1表面的相反一侧；周缘区域，其被保持在所述主体上，所述基布至少具有第1纤维，该第1纤维设置在所述基材内，沿着与所述第1轴方向垂直的第2轴方向延伸，所述指示部设置在所述基材上，指示所述第2轴方向，

所述驱动部具有驱动机构和驱动部件，其中，

所述驱动部件具有：第1端部，其与所述第2表面连接；第2端部，其与所述驱动机构相连接，所述驱动机构使所述驱动部件在沿着所述第2轴方向摆动的同时沿着所述第1轴方向往复移动，

所述驱动部件还具有固定用部件，

所述固定用部件具有：支承面，其与所述第1表面相对；凸部，其在所述支承面上形成且贯穿所述基材，连接在所述第1端部上，

所述指示部形成在与所述凸部嵌合的开口部上，

所述凸部在俯视时的形状对应于所述开口部的形状。

2.根据权利要求1所述的泵装置，其特征在于，

所述指示部由形成所述开口部的一部分且为与所述第2轴方向垂直或者平行的直线延伸部构成。

3.根据权利要求1所述的泵装置，其特征在于，

所述指示部由沿着与所述第2轴方向垂直或者平行的方向连接在所述开口部上的切口部构成。

4.根据权利要求1所述的泵装置，其特征在于，

所述基布还具有第2纤维，

所述第2纤维在所述第1表面内沿着与所述第2轴方向交叉的第3轴方向延伸。